JPH05279848A - レーザアブレーションによる薄膜形成方法 - Google Patents
レーザアブレーションによる薄膜形成方法Info
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- JPH05279848A JPH05279848A JP7761692A JP7761692A JPH05279848A JP H05279848 A JPH05279848 A JP H05279848A JP 7761692 A JP7761692 A JP 7761692A JP 7761692 A JP7761692 A JP 7761692A JP H05279848 A JPH05279848 A JP H05279848A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザアブレーション、より詳しくは、パル
ス・レーザ光をターゲット表面に照射して、ターゲット
からの放出物を堆積させる薄膜形成方法に関し、レーザ
アブレーション法で表面に微粒子の無い正常な薄膜を形
成する方法を提供する。 【構成】 堆積しようする材料で構成されたターゲット
６に真空中でパルスレーザ光１３を照射して、該材料の
原子ないしクラスターを放出させ、これを同一真空中に
配置した基板７に堆積させて薄膜を形成する方法におい
て、ターゲット６からの放出物に対して別のレーザ光１
４を照射して、クラスターを解離させるように構成す
る。別のレーザ光１４にパルス幅が１μsec 以上のパル
スレーザ光あるいは連続波レーザ光を用いる。
ス・レーザ光をターゲット表面に照射して、ターゲット
からの放出物を堆積させる薄膜形成方法に関し、レーザ
アブレーション法で表面に微粒子の無い正常な薄膜を形
成する方法を提供する。 【構成】 堆積しようする材料で構成されたターゲット
６に真空中でパルスレーザ光１３を照射して、該材料の
原子ないしクラスターを放出させ、これを同一真空中に
配置した基板７に堆積させて薄膜を形成する方法におい
て、ターゲット６からの放出物に対して別のレーザ光１
４を照射して、クラスターを解離させるように構成す
る。別のレーザ光１４にパルス幅が１μsec 以上のパル
スレーザ光あるいは連続波レーザ光を用いる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザアブレーショ
ン、より詳しくは、パルス・レーザ光をターゲット表面
に照射してターゲットからの放出物を堆積させて薄膜を
形成する方法に関する。レーザアブレーション法では、
高融点材料の薄膜形成が可能であり、レーザ装置はター
ゲットや基板とは全く別のところにあって、成膜雰囲気
のコントロールが容易であるなどの利点がある。
ン、より詳しくは、パルス・レーザ光をターゲット表面
に照射してターゲットからの放出物を堆積させて薄膜を
形成する方法に関する。レーザアブレーション法では、
高融点材料の薄膜形成が可能であり、レーザ装置はター
ゲットや基板とは全く別のところにあって、成膜雰囲気
のコントロールが容易であるなどの利点がある。
【０００２】
【従来の技術】半導体装置（集積回路）を製造する際に
は、能動層（半導体層）、配線層（導電層）、絶縁層な
どの薄膜を形成する工程が必須であり、その薄膜堆積技
術には、半導体装置の高性能化が進められる中で、多く
の課題が挙げられている。その課題の中で重要なものは
堆積膜の高純度化であり、それは予期せぬ不純物の混入
によって堆積膜が本来有する特性が阻害されてしまうか
らである。半導体装置の高集積化、微細化が進み、この
ような不純物混入がデバイス特性により強く影響するよ
うになってきている。そこで、雰囲気コントロールの利
点を利用して、高純度化に適する成膜方法としてレーザ
アブレーション法がある。
は、能動層（半導体層）、配線層（導電層）、絶縁層な
どの薄膜を形成する工程が必須であり、その薄膜堆積技
術には、半導体装置の高性能化が進められる中で、多く
の課題が挙げられている。その課題の中で重要なものは
堆積膜の高純度化であり、それは予期せぬ不純物の混入
によって堆積膜が本来有する特性が阻害されてしまうか
らである。半導体装置の高集積化、微細化が進み、この
ような不純物混入がデバイス特性により強く影響するよ
うになってきている。そこで、雰囲気コントロールの利
点を利用して、高純度化に適する成膜方法としてレーザ
アブレーション法がある。
【０００３】また、最近研究開発が進んでいる酸化物高
温超伝導体において、その薄膜を原子層レベルの膜厚制
御して積層する際に、レーザアブレーション法を用いる
ことが試みられている。これらのレーザアブレーション
法では、高真空容器中にターゲットと基板とを配置し、
該容器の入射窓からレーザ光（特に、パルス・レーザ
光）をターゲットに照射してターゲット材料の原子ない
しクラスター（原子団）の放出物を基板上に堆積させて
薄膜を形成している。
温超伝導体において、その薄膜を原子層レベルの膜厚制
御して積層する際に、レーザアブレーション法を用いる
ことが試みられている。これらのレーザアブレーション
法では、高真空容器中にターゲットと基板とを配置し、
該容器の入射窓からレーザ光（特に、パルス・レーザ
光）をターゲットに照射してターゲット材料の原子ない
しクラスター（原子団）の放出物を基板上に堆積させて
薄膜を形成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザアブレー
ション法で堆積させて薄膜を形成すると、膜表面に微粒
子をばらまいたように膜と粉体とが共存しているような
薄膜となってしまうことがある。これは、ターゲットか
らのクラスターが固まってそのまま基板に付着して固化
して微粒子となってしまうからである。基板を加熱して
おくことによって、その熱エネルギーで付着した原子お
よびクラスターが再配列されることもあり得るが、加熱
が別の問題を招くことがある。
ション法で堆積させて薄膜を形成すると、膜表面に微粒
子をばらまいたように膜と粉体とが共存しているような
薄膜となってしまうことがある。これは、ターゲットか
らのクラスターが固まってそのまま基板に付着して固化
して微粒子となってしまうからである。基板を加熱して
おくことによって、その熱エネルギーで付着した原子お
よびクラスターが再配列されることもあり得るが、加熱
が別の問題を招くことがある。
【０００５】本発明の目的は、レーザアブレーション法
で表面に微粒子の無い正常な薄膜を形成する方法を提供
することである。
で表面に微粒子の無い正常な薄膜を形成する方法を提供
することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述の目的が、堆積しよ
うする材料で構成されたターゲットに真空中でパルスレ
ーザ光を照射して、該材料の原子ないしクラスターを放
出させ、これを同一真空中に配置した基板に堆積させて
薄膜を形成する方法において、ターゲットからの放出物
に対して別のレーザ光を照射して、クラスターを解離さ
せることを特徴とするレーザアブレーションによる薄膜
形成方法によって達成される。
うする材料で構成されたターゲットに真空中でパルスレ
ーザ光を照射して、該材料の原子ないしクラスターを放
出させ、これを同一真空中に配置した基板に堆積させて
薄膜を形成する方法において、ターゲットからの放出物
に対して別のレーザ光を照射して、クラスターを解離さ
せることを特徴とするレーザアブレーションによる薄膜
形成方法によって達成される。
【０００７】放出物に対して照射するレーザ光にパルス
幅が１μsec 以上のパルスレーザ光あるいは連続波レー
ザ光を用いることは好ましい。さらに、放出物に対して
照射するレーザ光を、２枚の反射ミラーによってターゲ
ットの表面に沿った方向に繰返し反射するようにするこ
とも好ましい。
幅が１μsec 以上のパルスレーザ光あるいは連続波レー
ザ光を用いることは好ましい。さらに、放出物に対して
照射するレーザ光を、２枚の反射ミラーによってターゲ
ットの表面に沿った方向に繰返し反射するようにするこ
とも好ましい。
【０００８】
【作用】ターゲットからのクラスターに別のレーザ光を
照射して、クラスターを解離して原子に分解することに
よって、微粒子発生を防止することができる。クラスタ
ーは0.１〜１μｍ程度の大きさを有している原子の塊で
あり、ターゲット（バルク）と同じ様なレーザ光に対し
て吸収係数を持つと見なせる。さらに、バルクと異なる
点は、孤立した系なので熱の放出が非常に少なく抑えら
れて急激な温度上昇が起こり、爆発的な解離現象（分
解）が生じることである。
照射して、クラスターを解離して原子に分解することに
よって、微粒子発生を防止することができる。クラスタ
ーは0.１〜１μｍ程度の大きさを有している原子の塊で
あり、ターゲット（バルク）と同じ様なレーザ光に対し
て吸収係数を持つと見なせる。さらに、バルクと異なる
点は、孤立した系なので熱の放出が非常に少なく抑えら
れて急激な温度上昇が起こり、爆発的な解離現象（分
解）が生じることである。
【０００９】
【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明の実施態
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。図
１は本発明に係るパルス・レーザアブレーション法の概
略断面図であり、レーザ蒸着装置としては、真空ポンプ
に繋がりかつレーザ光透過の入射窓１を備えた真空容器
２と、第１レーザ発振器（パルス・レーザ）３と、第２
レーザ発振器（パルス・レーザまたは連続発振レーザ
光）４とからなる。
様例および比較例によって本発明を詳細に説明する。図
１は本発明に係るパルス・レーザアブレーション法の概
略断面図であり、レーザ蒸着装置としては、真空ポンプ
に繋がりかつレーザ光透過の入射窓１を備えた真空容器
２と、第１レーザ発振器（パルス・レーザ）３と、第２
レーザ発振器（パルス・レーザまたは連続発振レーザ
光）４とからなる。
【００１０】真空容器２内にターゲット６および基板７
を配置する。例えば、アルミニウムターゲット６の下方
に熱酸化SiO2膜を有するシリコン基板７を配置する。そ
して、真空容器２内の真空度を１０-11Torr 程度にす
る。従来のレーザアブレーションによると、第１レーザ
発振器３のパルスレーザ光１３を集光してターゲット６
に照射する。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ（パルス・
レーザ）３からパルス幅数十ナノ秒のレーザ光１４をス
ポット径１mm程度でパルスエネルギー密度を２０Ｊ/cm2
に集光レンズ８で集光して、アルミニウムターゲット６
に照射する。その結果として、レーザ照射部分のアルミ
ニウムが放出され、その放出物が基板７の上に飛着して
堆積膜（薄膜）を形成する。得られた薄膜はその表面に
微粒子がふりまかれた様な感じの凹凸が生じていた。
を配置する。例えば、アルミニウムターゲット６の下方
に熱酸化SiO2膜を有するシリコン基板７を配置する。そ
して、真空容器２内の真空度を１０-11Torr 程度にす
る。従来のレーザアブレーションによると、第１レーザ
発振器３のパルスレーザ光１３を集光してターゲット６
に照射する。例えば、ＡｒＦエキシマレーザ（パルス・
レーザ）３からパルス幅数十ナノ秒のレーザ光１４をス
ポット径１mm程度でパルスエネルギー密度を２０Ｊ/cm2
に集光レンズ８で集光して、アルミニウムターゲット６
に照射する。その結果として、レーザ照射部分のアルミ
ニウムが放出され、その放出物が基板７の上に飛着して
堆積膜（薄膜）を形成する。得られた薄膜はその表面に
微粒子がふりまかれた様な感じの凹凸が生じていた。
【００１１】本発明によると、図１に示すように、第２
レーザ発振器４を上述した第１レーザ発振器３の使用に
併用して、第２レーザ光１４をターゲット６の表面近く
をターゲットとほぼ平行に、かつ第１レーザ光１３の照
射位置をカバーするように照射する。例えば、第２レー
ザ光１４を、幅２mmとして、ターゲット６の表面との距
離ｄを１mmとして、ターゲットと平行に通過させる。
レーザ発振器４を上述した第１レーザ発振器３の使用に
併用して、第２レーザ光１４をターゲット６の表面近く
をターゲットとほぼ平行に、かつ第１レーザ光１３の照
射位置をカバーするように照射する。例えば、第２レー
ザ光１４を、幅２mmとして、ターゲット６の表面との距
離ｄを１mmとして、ターゲットと平行に通過させる。
【００１２】ターゲット６から放出物であるクラスター
は、約２×１０14cm/secの速度を有しているので、第２
レーザ光の照射地点（ターゲット表面より１mm）に達す
るのには、約５μsec の時間がかかる。したがって、第
１レーザ光照射と同期させて第２レーザ光照射を行うに
は、約５μsec よりも長いパルス幅のレーザ光あるいは
連続波のレーザ光を用いる必要がある。例えば、第２レ
ーザ発振器４をパルスレーザとするならば、ＹＡＧレー
ザ（パルス幅１０μsec で約５０Ｊ/cm2集光による）を
用い、連続レーザ光ならば、Ａｒイオンレーザを用い
る。この第２レーザ発振器４からの第２レーザ光によっ
て、未だ固まらないクラスターを解離することができ
る。このようにして飛着するクラスターがなくなるの
で、基板７上に形成される堆積膜はその表面が平坦かつ
スムースなもので、膜質が向上している。
は、約２×１０14cm/secの速度を有しているので、第２
レーザ光の照射地点（ターゲット表面より１mm）に達す
るのには、約５μsec の時間がかかる。したがって、第
１レーザ光照射と同期させて第２レーザ光照射を行うに
は、約５μsec よりも長いパルス幅のレーザ光あるいは
連続波のレーザ光を用いる必要がある。例えば、第２レ
ーザ発振器４をパルスレーザとするならば、ＹＡＧレー
ザ（パルス幅１０μsec で約５０Ｊ/cm2集光による）を
用い、連続レーザ光ならば、Ａｒイオンレーザを用い
る。この第２レーザ発振器４からの第２レーザ光によっ
て、未だ固まらないクラスターを解離することができ
る。このようにして飛着するクラスターがなくなるの
で、基板７上に形成される堆積膜はその表面が平坦かつ
スムースなもので、膜質が向上している。
【００１３】図２には、第２レーザ光１４を有効に用い
るために、ターゲット６のレベルで２枚の反射ミラー１
６Ａ、１６Ｂを設置した場合のレーザ蒸着装置を示す。
この場合には、真空容器２に第２レーザ発振器４とは反
対側で透過窓１７が備えられている。反射ミラーを真空
容器内に設置することも可能であるが、簡単に反射角度
制御するには、真空容器外に設けたほうがよい。ミラー
を設けることによって、第２レーザ光１４を多数回繰り
返して反射させて、クラスターを解離するレーザ照射領
域を拡大できかつクラスターの加熱にも寄与する。した
がって、クラスターの解離効率が向上する。
るために、ターゲット６のレベルで２枚の反射ミラー１
６Ａ、１６Ｂを設置した場合のレーザ蒸着装置を示す。
この場合には、真空容器２に第２レーザ発振器４とは反
対側で透過窓１７が備えられている。反射ミラーを真空
容器内に設置することも可能であるが、簡単に反射角度
制御するには、真空容器外に設けたほうがよい。ミラー
を設けることによって、第２レーザ光１４を多数回繰り
返して反射させて、クラスターを解離するレーザ照射領
域を拡大できかつクラスターの加熱にも寄与する。した
がって、クラスターの解離効率が向上する。
【００１４】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るレー
ザアブレーションの薄膜形成方法では、ターゲットから
のクラスターを基板に飛着する前に解離（分解）して無
くすので、基板上に堆積するクラスターの微粒子が無く
なり得られる薄膜はその膜質が良いものとなる。半導体
装置や酸化物高温超伝導体での薄膜形成に本発明の方法
を応用することによって性能の良いものが得られる。
ザアブレーションの薄膜形成方法では、ターゲットから
のクラスターを基板に飛着する前に解離（分解）して無
くすので、基板上に堆積するクラスターの微粒子が無く
なり得られる薄膜はその膜質が良いものとなる。半導体
装置や酸化物高温超伝導体での薄膜形成に本発明の方法
を応用することによって性能の良いものが得られる。
【図１】本発明方法を実施するレーザアブレーション装
置の概略断面図である。
置の概略断面図である。
【図２】反射ミラーを備えたレーザアブレーション装置
の概略断面図である。
の概略断面図である。
１…透過窓 ２…真空容器 ３…第１レーザ発振器 ４…第２レーザ発振器 ６…ターゲット ７…基板 １３…第１レーザ光 １４…第２レーザ光 １６Ａ、１６Ｂ…反射ミラー
Claims (4)
- 【請求項１】 堆積しようする材料で構成されたターゲ
ットに真空中でパルスレーザ光を照射して、該材料の原
子ないしクラスターを放出させ、これを同一真空中に配
置した基板に堆積させて薄膜を形成する方法において、
前記ターゲット（６）からの放出物に対して別のレーザ
光（１４）を照射して、前記クラスターを解離させるこ
とを特徴とするレーザアブレーションによる薄膜形成方
法。 - 【請求項２】 前記放出物に対して照射する前記レーザ
光（１４）にパルス幅が１μsec 以上のパルスレーザ光
を用いることを特徴とする請求項１記載の製造方法。 - 【請求項３】 前記放出物に対して照射する前記レーザ
光（１４）に連続波レーザ光を用いることを特徴とする
請求項１記載の製造方法。 - 【請求項４】 前記放出物に対して照射する前記レーザ
光（１４）を、２枚の反射ミラー（１６Ａ、１６Ｂ）に
よって前記ターゲット（６）の表面に沿った方向に繰返
し反射することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7761692A JPH05279848A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | レーザアブレーションによる薄膜形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7761692A JPH05279848A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | レーザアブレーションによる薄膜形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05279848A true JPH05279848A (ja) | 1993-10-26 |
Family
ID=13638851
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7761692A Withdrawn JPH05279848A (ja) | 1992-03-31 | 1992-03-31 | レーザアブレーションによる薄膜形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05279848A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057233A (en) * | 1996-01-22 | 2000-05-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for producing thin film |
| US6169288B1 (en) | 1997-10-03 | 2001-01-02 | Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Laser ablation type ion source |
| JPWO2002054514A1 (ja) * | 2000-12-28 | 2004-05-13 | ソニー株式会社 | ガス拡散性電極、導電性イオン伝導体及びこれらの製造方法、並びに電気化学デバイス |
| JP2009091613A (ja) * | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Nagasaki Univ | 成膜方法及び成膜装置 |
-
1992
- 1992-03-31 JP JP7761692A patent/JPH05279848A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6057233A (en) * | 1996-01-22 | 2000-05-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Process for producing thin film |
| US6169288B1 (en) | 1997-10-03 | 2001-01-02 | Agency Of Industrial Science & Technology, Ministry Of International Trade & Industry | Laser ablation type ion source |
| JPWO2002054514A1 (ja) * | 2000-12-28 | 2004-05-13 | ソニー株式会社 | ガス拡散性電極、導電性イオン伝導体及びこれらの製造方法、並びに電気化学デバイス |
| JP4697378B2 (ja) * | 2000-12-28 | 2011-06-08 | ソニー株式会社 | ガス拡散性電極とその製造方法および導電性イオン伝導体並びに電気化学デバイス |
| JP2009091613A (ja) * | 2007-10-05 | 2009-04-30 | Nagasaki Univ | 成膜方法及び成膜装置 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 19990608 |